a Estructura química de PPSU que muestra la estructura del polímero y los átomos de oxígeno que llevan cargas parciales atómicas positivas / negativas (azul / rojo), respectivamente. b Instantánea de simulación atomística que muestra un equilibrio de complementariedad de disolución en DMSO para seis cadenas de PPSU20. El recuadro es una superestructura formada por la autocomplementariedad de PPSU. c Autocomplementariedad de PPSU que conduce a una superestructura reversible 2D con enriquecimiento de átomos de oxígeno en la superficie. La formación de superestructuras 3D se inhibe en DMSO debido a la fuerte repulsión entre capas. d Energías dipolares medias por par dipolo-dipolo de sulfona-sulfona y sulfona-disolvente. Las barras de error representan la desviación estándar de tres simulaciones paralelas. e Instantánea de simulación atomística que muestra la formación de una superestructura 3D a través del agrupamiento de PPSU en el agua. Recuadro que muestra la superestructura 3D con o sin moléculas de agua. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2020). DOI:10.1038 / s41467-020-18657-5
Los investigadores de la Universidad de Northwestern están lanzando una red para las nanopartículas.
El equipo ha descubierto un nuevo método rápido para fabricar nanopartículas a partir de un método simple y polímero autoensamblante. El novedoso método presenta nuevas posibilidades para diversas aplicaciones, incluida la purificación de agua, diagnósticos y formulaciones de vacunas de generación rápida, que típicamente requieren muchos tipos diferentes de moléculas para ser capturadas o entregadas al mismo tiempo.
Usando una red de polímero que colapsa en hidrogeles a nanoescala (o nanogeles), el método captura de manera eficiente más del 95% de las proteínas, Fármacos de ADN o de moléculas pequeñas, solos o en combinaciones. En comparación, La eficiencia de carga suele estar entre el 5% y el 20% para otros sistemas de suministro de nanopartículas.
"Utilizamos un polímero que forma una amplia red a lo largo de una solución acuosa, "dijo Evan A. Scott de Northwestern, quien dirigió el estudio. "Luego inducimos a la red a colapsar. Recoge cualquier cosa dentro de la solución, atrapando productos terapéuticos dentro de los vehículos de administración de nanogel con una eficiencia muy alta ".
"Funciona como una red de pesca, que primero se extiende debido a la repulsión electrostática y luego se encoge al hidratarse para atrapar 'peces, '"agregó Fanfan Du, becario postdoctoral en el laboratorio de Scott.
El artículo fue publicado la semana pasada (29 de septiembre) en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Scott es el Profesor Kay Davis de Ingeniería Biomédica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. Los profesores de Northwestern Monica Olvera de la Cruz y Vinayak Dravid fueron coautores del artículo.
Moléculas que se encuentran en la naturaleza, como ADN y péptidos, Puede autoensamblarse rápidamente y organizarse en diversas estructuras. Imitando este proceso utilizando sistemas de polímeros hechos por humanos, sin embargo, se ha mantenido limitado. Los procesos previamente desarrollados para el autoensamblaje de sistemas de administración de fármacos requieren mucho tiempo, mano de obra intensiva y difícil de escalar. Los procesos también tienden a ser lamentablemente ineficaces, culminando en una pequeña fracción de la droga que realmente ingresa al sistema de administración.
"La aplicación clínica de nanopartículas autoensambladas se ha visto limitada por las dificultades con la escalabilidad y la carga de terapias grandes o múltiples, especialmente proteínas, ", Dijo Scott." Presentamos un mecanismo altamente escalable que puede cargar de manera estable casi cualquier molécula terapéutica con alta eficiencia ".
El equipo de Scott tuvo éxito utilizando un homopolímero de polipropilensulfona (PPSU), que es altamente soluble en solución de dimetilsulfóxido (DMSO), pero forma agregados electrostáticos e hidrófilos en el agua. Los áridos son anfifílicos, lo que los hace ensamblar en redes y eventualmente colapsar en geles.
"Agregar más agua hace que la red colapse, que conduce a la formación de nanogeles, "Dijo Du." La forma en que se agrega el agua afecta la formación de la cadena PPSU, que cambia el tamaño y la estructura de los nanogeles ".
Las simulaciones atomísticas, realizadas por Baofu Qiao en el grupo Olvera de la Cruz, confirmaron que las nanoestructuras se estabilizaron mediante un enlace débil sulfona-sulfona. Usando simulaciones de grano grueso realizadas por el becario postdoctoral de Northwestern Trung Dac Nguyen, los investigadores observaron las estructuras de nanorred. Esto abre una nueva vía para el ensamblaje de materiales blandos mediante la unión sulfona-sulfona.
Además de las aplicaciones de administración de fármacos, los investigadores también creen que el nuevo método podría usarse para la purificación de agua. La red podría colapsar para recolectar contaminantes en el agua, dejando atrás agua pura.
